Solenergi er den viktigste kilden for energi på jorda og den er opphavet til nesten alle energikilder på jorden. Den gir oss varme, lys og store mengder energi. Solen varmer opp atmosfæren og havet, og gjennom dette dannes vind, bølger, nedbør, osv. Gjennom disse naturkreftene kan vi få energi gjennom vannkraft og vindkraft blant annet 87.
3.6.1 Solinnstråling
Hvert eneste år mottar jorden 15000 ganger mer energi enn jordens befolkning trenger, og 1500 ganger mer enn nødvendig i Norge. Energien en solcelle kan få ut varierer fra 700 – 2000 kWh/m2 per år. I Norge ligger utnyttelsen på 700-1000 kWh/m2 per år 88. Ved atmosfærens yttergrense har solstrålingen en effekt med en middelverdi på 1367 W/m2 som varierer med ±3,4 % 89. Deler av denne blir reflektert fra atmosfæren og deler blir absorbert av atmosfæren. Det vil også være tap av energi inne i atmosfæren. På klare dager kan man få en effekt på 1000 W /m2 på jordoverflaten, men på grunn av tap vil cirka halvparten nå frem 90.
I Norge er det Sør- og Østlandet som har høyest solinnstråling. Lokale forhold er også en påvirkningsfaktor, med tanke på åser, fjell, vegetasjon, bygninger og lignende. Solinnstrålingen varierer også mye i løpet av året. Det er størst muligheter for utnyttelse i Norge i månedene fra mai til juli, og dårligst fra desember til januar. Solcellepaneler er mest effektive ved en temperatur på under –5 °C og vil synke gradvis til en effekt på 65 % med temperaturer over 25°C 91.
Figur 3.19, solinnstråling i forskjellige byer.92
WWF og Accenture gjennomførte en undersøkelse i 2016 hvor de sammenlignet en stor menge byer hvor de hadde tatt utgangspunkt i like solcelleanlegg. Anlegget som ble antatt var på 1kWp, estimert tap på 14 % på grunn av degradering og en helning på 35° 92.Figur 3.19 viser estimert produksjon fra solcelleanlegg i flere norske byer sammenliknet med byer i utlandet.
3.6.2 Helningsvinkel
Effektiviteten på solcellen er ikke bare avhengig av solinnstrålingen, men også helningsvinkelen mellom modulen og solen. Helningsvinkelen (β) er vinkelen mellom modulen og det horisontale planet. Effekten på solcelleanlegget vil alltid være størst når solinnstrålingen er vinkelrett på solcellepanelet, men solens posisjon er alltid i bevegelse. I de fleste tilfeller vil dette tilsvare at modulvinkelen tilsvarer breddegraden. Om sommeren når solen står høyere vil en mindre modulvinkel være optimal, og om vinteren når solen står lavere vil en større modulvinkel være optimal. I tillegg kan en større vinkel om vinteren være gunstig på grunn av snø, slik at snøen lettere kan gli av modulen 93.
Figur 3.20, optimal vinkel 93
3.6.3 Köppen-Geiger klimaklassifisering
Nå som solenergi blir mer brukt rundt om i verden er det viktig at vi har en forståelse på hvordan omgivelsene påvirker dem. Med klimasoner kan en spesialisere solcellene slik at levetiden og effektiviteten blir bedre. Da kan en bruke klimamodeller som Köppen-Geiger. Köppen-Geiger klimaklassifisering er en inndeling av klimasoner i verden som baseres hovedsakelig på temperatur og luftfuktighet. Köppen-Geiger er en av de mest brukte klassifiseringene og den blir kontinuerlig oppdatert. Grunnen til at dette er relevant for vår oppgave er at vi har sett på studier på degradering fra utlandet og brukt Köppen-Geiger til å sammenlikne klima. Det er klimatiske forskjeller innad i land og derfor er det nyttig å ha en klassifisering som tar høyde for parametere som påvirker degradering av solceller.
Köppen-Geiger deler verden inn i fem forskjellige klimatyper med bokstavene A til E som står kronologisk for tropisk, tørt, varmetemperert, kaldtemperert og polarklima.
Hovedgruppene er så delt inn i nedbør og temperatur. Klassifiseringen henter inn informasjon om hvordan vegetasjonen er i områdene. Dataene er baserte på årlige og månedlige gjennomsnitt fra de forskjellige sonene og de blir regelmessig oppdaterte for å representere klimaet best mulig.
Figur 3.21, klimasoner i verden 58
Figur 3.22, klimasoner i Europa 94
Når man ser på Köppen-Geigers hovedklassifikasjoner i Norge så har vi C, D og E. C er varm-temperert klimasone, dette er hovedsakelig langs kysten og fjorder på Vestlandet. Det gjelder også øyer og Sørlandet. På Østlandet er det i hovedsak klimasone D som er kald-temperert klima. I fjellområdene i Midt-Norge, Jotunheimen og Langfjella er det stort sett polarklima. Dette gjelder også fjellområder lengre nord 95.
Figur 3.23, klimasoner i Norge 95
I de områdene hvor det er mest aktuelt med solcelleutbygning i Norge er det enten C eller D. Det er også i disse områdene mesteparten av Norges befolkning er bosatt.
Her er en oversikt over de forskjellige klassifiseringene i noen utvalgte byer:
• Oslo, Fredrikstad og Drammen har Dfb som er varmt, fuktig kontinentalt klima.
• Trondheim, Tromsø, Bodø og Hamar har Dfc som er subarktisk klima.
• Bergen, Stavanger og Kristiansand har Cfb som er havklima.
• Longyearbyen, Vardø og Barentsburg har ET som er tundraklima 96.
Norge har samsvarende klimasoner med blant annet Sverige, Finland, Canada og Russland. Enkelte deler av landet har også like soner som for eksempel land i Sentral-Europa. Det er en stor likhet i klima mellom kysten langs Sørlandet og Vestlandet som i flere av de europeiske landene som har klimasone C. Dette kan ses i Figur 3.21 og Figur 3.22.
Norge har ikke satset på solcelleteknologi over lang tid, men land som Tyskland har mange år med erfaring. Landene vi har valgt å fokusere på har likt klima som Norge eller lang historie med solceller.
3.6.4 Hvordan temperatur påvirker solceller
Temperatur på solceller påvirker fire forskjellige faktorer: stråling, effekttap, temperatur og termisk tap via leder og konveksjon.
Det ble gjennomført en undersøkelse i Iran på sommeren og vinteren hvor stråling og lufttemperatur ble kartlagt. Undersøkelsen gikk over to måneder. I undersøkelsen så man på sammenhengen mellom omgivelsestemperatur og solinnstråling. De kom de fram til at det er en lineær sammenheng mellom temperatur og effektiviteten på solcellene. Det vises at det er en sammenheng mellom utgangseffekt via omgivelsestemperatur og stråling. Dette medfører at dersom temperaturen økes så minker solcellepanelets virkningsgrad.
Fra undersøkelsen kan det også observeres at når strålingen øker vil celletemperaturen også øke, noe som påvirker kortslutningsstrømmen. Når kortslutningsstrømmen synker, vil også virkningsgraden til solcellen synke. Figurene viser sammenhengen mellom spenning (V) og celletemperatur (°C) 97.
Figur 3.24, celle-effektivitet per innstråling og temperatur 97.
Figur 3.25, spenning og strøm per temperatur 97.
Temperaturavvik fra STC kan påvirke outputeffekten med 10-25 %. Som sett ovenfor i Figur 3.24 og Figur 3.25 er det en lineær sammenheng mellom celletemperatur og strøm/spenning. På paneler skal det stå informasjon om hvor godt panelene tåler varme. Her skal det stå Pmax, som er temperaturkoeffisienten til panelet. Den forteller hvor mye energi panelet mister eller øker per °C avvik fra STC. Et eksempel kan være 0.258 % per 1 °C. Da vil man for hver grad over 25 °C (celletemperatur) oppleve at maksimal effekt synker, men for hver grad under 25 °C vil den øke 98.
3.6.5 Klimaendring
Jordens klima har vært i stor endring og mengden klimagasser i atmosfæren har økt kraftig siden industrialiseringen begynte. Det har ført til endringer i temperatur, nedbør, vannføring, vind, havnivå og isutbredelse. Gjennomsnittstemperaturen har økt med 1 °C siden temperaturmålinger startet i 1880, og de 6 varmeste årene har blitt målt mellom 2014-2020.
Det er mange naturlige årsaker som påvirker gjennomsnittstemperaturen. Endringer i solens strålingsintensitet, endringer i havstrømmene, vulkansk aktivitet og naturlige værfenomen som El
Niño og La Niña er noen av grunnene til klimaendringer, men ifølge FNs klimapanel er hovedårsaken til den observerte temperaturøkningen menneskeskapt 99.
Figur 3.26, totale utslipp av klimagasser 1960-2020 100
Parisavtalen omhandler hvordan verden skal begrense klimaendringer. Om utslippene av klimagasser fortsetter i samme grad som nå, vil temperaturen øke med 1,5 °C til 2040 og med 3 °C til 2100. I Parisavtalen har man blitt enige om at temperaturen på jorda ikke skal øke med mer enn 2 °C før 2100, og at den helst ikke skal overskride 1,5 °C 101. Derfor ønsker man i stor grad å satse på fornybare energikilder som solenergi.
En konsekvens av klimaendringer er at det vil bli mer ekstremvær. Dette er vær som kan føre til en stor fare for skader på liv og verdier. Det kan være fenomener som sterk vind, store nedbørsmengder og store temperaturendringer. Det har blitt satt nye rekorder i både temperatur og nedbør, og intensiteten blir kraftigere. Nedbørintensiteten kan øke med opptil 19 %. Dette vil føre til flere og større flommer forårsaket av regn. Antall store naturskadehendelser har økt med 169 % de siste 10 årene 102.
3.6.6 Klimaendring i Norge
Med klimaendringer blir land rammet på forskjellige måter. Norge har blitt rammet av klimaendringer ved at:
• Permafrost dekte 10 % av landområde til Norge i perioden 1961 til 1990. Mens nå dekker permafrosten bare 6 %.
• Våren kommer tidligere så vekstsesongen kommer tidligere og blir lengre, mens vinteren blir kortere. Omgivelsestemperaturen forandres så noen arter har forflyttet seg.
• Tregrensen flyttes høyere opp på fjellet 103.
• Så langt har vi opplevd økt temperatur. Temperaturen var 2,4°C over normalen i 2020.
Normalen defineres som gjennomsnittsværet mellom 1961 og 1990.
• Det har også blitt mer nedbør. I 2020 var det 26 % mer nedbør enn normalen, og siden år 1900 har det den årlige nedbøren for Norge økt med cirka 20 %.
• Framover forventer man økt temperatur, større nedbørsmengde og mer ekstremvær i form av skred og flom 104.
Figur 3.27, årlige avvik fra normaltemperaturen i Norge 104
I Figur 3.28 kan man se en oversikt over mengde nedbør og snøfall i Norge i 2020. En kan observere at det er en sammenheng hvor nedbør og snøfall forekommer med Köppen-Geigers klimaklassifisering.
De områdene der det er varmere i Norge er det også mer nedbør.
Figur 3.28, nedbør i Norge (snø og regn) 105
3.6.7 Hvordan klimaendringer påvirker solceller i Norge
Generelt gir økt temperatur og større nedbørsmengde i teorien økt degradering. Dette er fordi nedbør som regn og snø er en påkjenning som kan degradere solceller. Høyere temperatur medfører også større mulighet for flere former for degradering.
Produksjonen fra solceller forventes å reduseres i store deler av verden som en følge av global oppvarming og endringer i skydekke. I noen områder vil man oppleve en økning i ytelsen og dette er i områder hvor det blir mindre skydekke eller økt “clear-sky radiation” (solinnstråling). Dette er noe man tror vil skje i store deler av Europa, og dermed kan det være at klimaendringer medfører mer gunstige forhold for solceller i framtiden i Norge 106. Det kan derfor være at man vil oppleve økt degradering, men bedre solforhold.
Resultater
I dette kapitlet presenteres funn fra litteratursøk. Både skriftlig og ved hjelp av figurer. I tillegg blir spørreundersøkelsene med funn og data fra disse presentert. Videre kommer en analyse av ytre faktorer og hvilke kostnader de medfører her i Norge.